Lítio, o metal prateado que alimenta os smartphones e ajuda a tratar transtornos bipolares, também poderia desempenhar um papel significativo no esforço mundial para colher o seguro na Terra, energia de fusão limpa e virtualmente ilimitada que alimenta o sol e as estrelas. Primeiros resultados do Experimento-Beta de Tokamak de Lítio extensivamente atualizado (LTX-β) no Laboratório de Física de Plasma de Princeton do Departamento de Energia dos EUA (DOE) (PPPL), demonstrar que as principais melhorias operam conforme projetado e melhoram o desempenho do aquecedor, plasma carregado que alimentará futuros reatores de fusão.

Mais relevante para a fusão

A atualização de três anos transformou o que agora é o LTX-β em um mais quente, dispositivo mais denso e relevante para a fusão que testará como o revestimento de todas as paredes voltadas para o plasma com lítio líquido pode melhorar o confinamento e aumentar a temperatura do plasma. "Alcançamos muitos de nossos objetivos iniciais de engenharia, "disse o físico Drew Elliott, do Oak Ridge National Laboratory, um dos principais colaboradores do LTX-β. Elliott, em atribuição de longo prazo para PPPL, atuou como autor principal do primeiro artigo de resultados relatado em IEEE Transactions in Plasma Science .

As reações de fusão combinam elementos leves na forma de plasma - o estado da matéria composto de elétrons livres e núcleos atômicos que compõe 99% do universo visível - para liberar enormes quantidades de energia. Físicos de todo o mundo estão procurando duplicar e controlar as reações de fusão para criar segurança ilimitada, energia livre de carbono para gerar eletricidade.

Principais recursos do LTX-β, uma versão menor das instalações de tokamak magnético em forma de rosca amplamente utilizadas que abrigam as reações de fusão, incluem estes fatores:Um injetor de feixe neutro poderoso para aquecer e alimentar o plasma; um campo magnético quase duplicado em comparação com o dispositivo anterior; e um sistema de evaporação duplo para revestir totalmente o lítio líquido em todas as superfícies voltadas para o plasma.

Previsões combinadas

A operação do feixe combinou bem com as previsões da fração de energia que seria depositada no plasma, em vez de simplesmente brilhar através dele. "Queremos aumentar a deposição de energia para 100% para que toda a energia que injetamos vá para o plasma, "disse Elliott, que liderou a otimização do feixe neutro, que é baseado na tecnologia pioneira no ORNL nos anos 1970. "Será um grande impulso científico, em campanhas futuras. "

As melhorias substanciais visam testar se o LTX-β pode melhorar o desempenho do plasma além das notáveis ​​realizações de seu antecessor. Isso inclui a demonstração de temperaturas que permanecem constantes, ou plano, todo o caminho desde o núcleo quente do plasma até a borda externa normalmente fria.

Esses perfis de temperatura sem gradiente, o primeiro já visto em uma instalação de fusão magnética no dispositivo anterior, derivam da capacidade do lítio de reter partículas perdidas que vazam do núcleo do plasma e as impedem de reciclar e resfriar a borda e o núcleo do plasma. A sustentação da borda quente expande o volume de plasma disponível para fusão e a produção de temperatura plana evita instabilidades que reduzem o desenvolvimento de confinamento de plasma.

Objetivos da atualização

"Os objetivos da atualização são determinar se paredes de lítio de reciclagem muito baixa podem melhorar o confinamento de plasma em um tokamak com aquecimento por feixe neutro, "disse Dick Majeski, investigador principal para LTX-β. "Se LTX-β for bem-sucedido, podemos prosseguir para os experimentos com lítio líquido no National Spherical Torus Experiment-Upgrade [NSTX-U], "o experimento de fusão carro-chefe da PPPL.

A execução inicial do LTX-β demonstrou melhorias que incluíram o seguinte:

• Maior abastecimento e densidade do plasma, principais objetivos do injetor de feixe neutro;
• Aumento da deposição de lítio líquido em mais de 90% das paredes internas do LTX-β;
• Descargas de plasma mais longas, ou pulsos, habilitado pelo campo magnético fortalecido; e
• Maior corrente de plasma - um elemento crítico que faz com que o campo magnético espiralize, que é necessário para confinar o plasma.

Também instalados na atualização estão novos diagnósticos de plasma que caracterizarão ainda mais o regime operacional expandido da instalação. E ainda estão por ser comissionados diagnósticos avançados que irão medir o perfil preciso de vários parâmetros de plasma.

"A adição do feixe neutro aumenta a potência de entrada para o plasma em uma ordem de magnitude e tem o potencial de criar um regime de plasma relevante para a fusão com desempenho aprimorado, "disse Phil Efthimion, chefe do Departamento de Ciência e Tecnologia do Plasma do PPPL, que inclui o LTX-β. "Dick Majeski e toda a equipe LTX-β devem ser elogiados por concluir esta atualização agressiva dentro do orçamento e do cronograma.

Especialistas em todos os EUA

A atualização foi feita por especialistas dos Estados Unidos, incluindo a colaboração do PPPL, ORNL, Universidade de Princeton, a Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA), e a Universidade do Tennessee, Knoxville, e fornece uma ferramenta significativa para a pesquisa de fusão.

"ORNL e PPPL têm sido parceiros na ciência e tecnologia de fusão por muitos anos, e isso continua aquela forte união, "disse Mickey Wade, diretor da Divisão de Energia de Fusão do ORNL. "O LTX-β permitirá que a comunidade de fusão se aprofunde na promessa do lítio e no que ele pode revelar ao possibilitar a energia de fusão prática."

Majeski tem grandes planos pela frente. "No futuro, gostaríamos de aumentar o comprimento do pulso do feixe neutro para fornecer um período mais longo de aquecimento e abastecimento para o plasma, "disse ele." O feixe adiciona muita flexibilidade ao experimento, e queremos aproveitar os novos recursos. "